книги / Материалы кабельного производства

Торговые названия описываемого полимера следующие: П-85, П-118, П-155, П-200 (СССР); вистанекс (США); оппанол (ГДР и ФРГ); айзолин (Англия).

По физическим свойствам полиизобутилен похож на каучук. Точка деструкции этого материала 350° С. На полиизобутилен сильно действует прямой солнечный свет, постепенно превращая его в липкую массу. Стабилизатором в этом отношении является сажа (даже в небольших количествах). На полиизобутилен дей­ ствуют хлор, бром, азотная кислота (последняя при 80° С или при длительном воздействии). При 80° С действует на него и креп­ кая серная кислота.

Полимер стоек против действия слабых и концентрированных щелочей. Окисляющие агенты (даже озон) на него не действуют. Поэтому добавление полиизобутилена в смеси усиливает защит­ ную способность смеси от действия окисляющих реагентов.

Полиизобутилен растворяется в ароматических углеводоро­ дах, бензоле и хлорированных углеводородах; набухает в жирах и маслах. Полимер эластичен в широком диапазоне температур: от —70° С до +180° С.

Полиизобутилен более высоких молекулярных весов постепенно превращается в хрящевидный продукт.

Полиизобутилен, применяемый в кабельном производстве, обладает высокими электрическими свойствами, почти не изме­ няющимися в интервале температур от 20 до 85° С:

в двух набавлениях:

а) в качестве каучукоподобного материала, добавляемого в ре­ зиновые смеси на основе НК или СК;

б) в качестве материала, добавляемого в полиэтиленовые смеси.

61

При изготовлении резиновых смесей с полиизобутиленом необ­ ходимо обеспечить непрерывное охлаждение валков, так как лишь при низкой температуре происходит разрушение длинных макро­ молекул. Порошкообразные ингредиенты хорошо диспергируются в полиизобутилене. Усиливающим действием на эти ингредиенты обладает сажа.

Отечественной промышленностью выпускается полиизобути­ лен ч е т ы р е х м а р о к (ЕТУ МХП 1655-54) следующих молекулярных весов:

в табл. 5-3.

Лучшим по технологическим свойствам (при изготовлении композиций) является полиизобутилен марки П-85. Несколько более труден при разработке композиций полиизобутилен марки

П-100.

Полиизобутилен в резиновых смесях увеличивает их клей­ кость.

Полиизобутилен нашел также применение для изготовления масс марки ППВК и «децелита 0» — пластмассы на основе поли­ стирола и полиизобутилена.

Композиция марки ППВК-1 состоит из полиизобутилена (51 %),

г:лжи (44%) и монтан-воска (14%).* Указанные две композиции предназначались в качестве заме­

нителей свинца, однако широкого применения в кабельном произ­ водстве они не нашли.

* В обоих случаях указаны весовые проценты.

62

5-2. Полипропилен

Полипропилен (пропилен, С,Н6), получаемый по с п о с о б у Н а т т а , является линейным полимером. Сырьевой базой для его получения служат попутные газы нефтедобычи и газы нефте­ переработки, в частности, используется пропиленовая фракция газа, отбираемая при пиролизе керосина. Полимеризация ведется в углеводородной среде (бензин) при температуре 70° С.

Для производства полиэтилена низкого давления применяют катализатор (открытый Циглером): триэтилалюминий А1.(СаН ,)3 + + четыреххлористый титан (TiCl4). Для полимеризации исполь­ зуют автоклав с мешалкой.

После окончания процесса полимеризации катализатор раз­ рушается паром, вводимым в автоклав.

Полученный мелкокристаллический порошок последовательно промывается метиловым спиртом (СН3ОН) и дистиллированной водой, а затем подвергается центрифугированию и сушке.

После заправки стабилизатором полипропилен поступает в гра­ нулятор. Выходящие из него гранулы имеют вид кубиков или цилиндров.

Полученный по этому способу материал принадлежит к изотактическим полимерам, т. е. имеет упорядоченную структуру атомов углерода. Таким образом, данный полимер отличается преобладанием кристаллической структуры и отсутствием раз­ ветвлений от основного скелета макромолекулы.

Свойства изотактического полипропилена указаны в табл. 5-4.

Таблица 5-4

Свойства изотактического полипропилена

П р и м е ч а н и е . Атактический полипропилен плавится при температуре 75° С.

Полипропилен устойчив против действия кислот и щелочей. Он разрушается лишь под действием концентрированной серной (98 %) и азотной (50%) кислот при температуре 70° С.

Из органических растворителей наибольшее набухание данного полимера вызывает четыреххлористый углерод (41%), наимень­ шее — трансформаторное масло (увеличение веса на 0,2%).

64

Полипропилен без стабилизатора разрушается под действием солнечной радиации уже через несколько месяцев. Защитным средством в этом отношении является сажа (1—2% к смеси). Для предотвращения разрушения его кислородом воздуха при повышенных температурах в него вводят п р о т и в о с т а р и т е л и .

Полипропилен применяется в качестве изоляции для проводов и кабелей, когда требуется высокая химическая и термическая стойкость. Он выпускается не только в виде гранул, но и в виде пленки, которая отличается хорошей газо-паронепроницаемостью и высокими механическими показателями (табл. 5-5 и 5-6).

Т а б л и ц а 5 -5

Сравнительная газопроницаемость пленок полипропилена

Т а б л и ц а 5 -6

Сравнительная паропроницаемость и проницаемость для жидкостей пленок полипропилена (моплена) и полиэтилена

Полипропилен обладает высокими электроизоляционными свой­ ствами (табл. 5-7).

Электрические свойства полипропилена после долгого пребы­ вания в воде несколько снижаются.

Недостатком полипропилена является его низкая морозостой­ кость (—20, —30° С).

Полипропилен выпускает ряд стран: СССР (полипропилен), Англия (пропатен), Италия (изотактический полимер моплен), ФРГ (изотактический полимер хостален РРН).

П р и м е ч а н и е . Электрические свойства определены после кондициони. рования образцов прн 20 и 40% относительной влажности.

5-3. Полистирол

Современная техника связи потребовала создания новых типов кабелей, позволяющих расширить диапазон передаваемых частот и снизить расход цветных металлов на каждый канало-километр магистрали. Эту задачу возможно решить лишь при Применении высококачественных диэлектриков, к которым принадлежит и по­ листирол.

Полистирол является полимером стирола. Последний назван

Стирол, выражаемый формулой СЙН5СН = СН2 (винилбензол или фенилэтилен), — это бесцветная жидкость с приятным запа­ хом, имеющая удельный вес (при 20° С) 0,906. Точка кипения стирола равна 145,2° С (при 760 мм рт. ст.). Температура замерза­ ния его составляет —30,6° С.

Стирол растворим в бензоле, четыреххлористом углероде,

мые в процессе ее крекинга или пиролиза. Кроме того, сырьем для

Полимеризация стирола может быть осуществлена или приме­ нением инициаторов (органических либо неорганических переки­ сей), или созданием высокой температуры в присутствии инертных газов (термическая полимеризация).

66

Т е р м и ч е с к а я н е п р е р ы в н а я п о л и м е р и з а ­ ц и я проводится на башенной установке (рис. 5-2). Стирол, ректифицированный до 99,5% и содержащий не более 0,03% дивинилбензола, поступает в один из реакторов 4 емкостью около 2 м3, снабженный лопастной мешалкой и змеевиком для цирку­ ляции воды как хладоагента. Предварительная полимеризация

Инициаторами полимеризации в данном случае являются перекись водорода и персульфат алюминия. Реактор для полимеризации и аппарат для осаждения полимера оборудованы мешалками.

Водно-эмульсионный метод дает возможность получить поли­ мер с молекулярным весом 100 000—200 000 в виде тонкодисперс­ ного порошка.

Полистирол легко обрабатывается на обычном технологиче­ ском оборудовании для пластмасс (шприц-машина, литьевая машина, пресс).

Пленки и нити из полистирола (после вытяжки)называются с т и р о ф л е к с о м .

Различают два сорта полистирола: б л о ч н ы й и э м у л ь ­ с и о н н ы й . Молекулярный вес первого варьирует в пределах от 50 000 до 300 000, второго •— от 70 000 до 200 000.

Блочный полистирол является более чистым материалом, чем эмульсионный, и поэтому обладает лучшими электрическими пара-

• метрами.

Макромолекула полистирола имеет значительную разветвлен­ ность. Полистирол — аморфный диэлектрик. Даже у ориентиро­ ванного (путем вытяжки) полимера рентгенограмма не показывает наличия кристаллов. При нормальной температуре он является твердым телом. Температура стеклования его равна —80° С.

В диапазоне 80—150° С высокомолекулярный полистирол ста­ новится каучукоподобным веществом. Этот полимер прозрачен, пропускает до 90% видимого цвета, растворим в большинстве эфиров и ароматических углеводородах; не растворим в спиртах и бензине.

л и т ь е п о д д а в л е н и е м и и з г о т о в л е н и е п л е н к и . Литье ведут при температуре 180—230° С и удельном давлении 500—2000 кГ/см2.

Кабельная промышленность применяет полистирол в виде корделя, ленты, шайб и колпачков для ряда радиочастотных кабелей.

68

Пленка из полистирола (толщиной до 0,01 мм) выпускается в виде тонкой трубки, которая после охлаждения разрезается по образующей. Вытяжка пленки, ведущаяся в двух направлениях, увеличивает ее разрывную прочность почти в четыре раза (с 2,6 до 10 кГ/ммг), удлинение при разрыве — в пять раз (с 1 до 5%) и число двойных изгибов — в 1000—2000 раз (с 1 до 1000—2000).

Гибкость пленки улучшают введением п л а с т и ф и к а ­ т о р о в . Для этой дели применяют хлорированные ароматиче­ ские углеводороды, а иногда ТКФ, ДБФ, т. е. обычные пласти­ фикаторы. В качестве наполнителей применяют мраморную муку, кварцевую муку, слюдяной порошок, тальк.

Главнейшая область применения полистирола — высокоча­ стотная электроника: радиотехнические детали, пленки для вы­ сокочастотных конденсаторов, кордель, колпачки, шайбы и пленка для радиочастотных кабелей.

Спиральная стирофлексная изоляция, образованная не корделем, а состоящая из ряда точно наложенных друг на Друга стирофлексных лент, применена в радиочастотных фидерных кабе­ лях и подводных кабелях связи (США).

Преимущества стирофлекса заключаются в его высоких ди­ электрических свойствах (е = 2,5; tg 6 = 0,0002), прочности пленки на сжатие и разрыв и отсутствии хладотекучести.

Полистирольный кордель, как и лента, ориентирован. Ориен­ тировка макромолекул материала улучшает его гибкость и меха­ нические свойства.

На рис. 5-3 представлена температурная зависимость числа двойных перегибов стирофлексной нити (вокруг стержня) опре­ деленного диаметра.

Применение стирофлекса в производстве кабелей позволило обеспечить значительно меньшее километр ическое затухание кабеля.

Гибкость стирофлекса повышается по мере увеличения темпе­ ратуры, но в диапазоне 70—80° С макромолекулы стирофлекса

69

начинают терять свою ориентированность и материал становится хрупким.

Стирофлекс растворим в ароматических и хлорированных угле­ водородах; не растворим в растительных и минеральных маслах, спиртах. Деполимеризуется при +300° С.

Продукты деструкции полистирола количественно показаны на рис. 5-4.

Кабели со стирофлексной изоляцией широко выпускаются отечественной кабельной промышленностью и за рубежом: в ГДР, ФРГ, Польше, США (например, радиочастотные кабели со спи­ ральной изоляцией из стирофлексных лент), Англии (радиочастот­ ные кабели с шайбовой изоляцией из полистирола) и т. д.

Кроме сплошного полистирола выпускается пористый поли­

не нашел широкого применения в кабельном производстве, так как пористая изоляция оказалась недостаточно устойчивой для обе­ спечения неизменного положения внешнего провода. Кроме того, эластичность пористого полистирола явилась причиной воз­ никновения эксцентриситета внутреннего провода при изгибах кабеля.

Н е г о р ю ч и й п о л и с т и р о л содержит до 1 % связан­ ного хлора или брома.

5-4. Политетрафторэтилен

Политетрафторэтилен (ПТФЭ) представляет собой кристалли­ ческий полимер. Он переходит в гель при температуре 3273 С.

Исходным материалом для получения ПТФЭ служит тетрафторэтилец (’CF; — CF.,), который при нормальных условиях является

70